互聯(lián)網(wǎng)汽車發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析

李潔

（中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

互聯(lián)網(wǎng)汽車發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析

李潔

（中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122）

主要介紹了互聯(lián)網(wǎng)汽車與智能汽車的定義及區(qū)別，并對國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀進行了簡要介紹，然后對互聯(lián)網(wǎng)汽車發(fā)展過程中牽涉的問題及關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，最后結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)狀，對未來互聯(lián)網(wǎng)汽車的發(fā)展提出展望。

互聯(lián)網(wǎng)汽車；智能汽車；自動駕駛；信息安全；V2V；先進駕駛輔助系統(tǒng)

1 引言

隨著2015年3月5日李克強總理首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃以來，“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級的契機。汽車產(chǎn)業(yè)作為中國五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，截至2014年底，我國汽車保有量新增1 707萬輛，目前全國機動車保有量達2.64億輛，其中汽車1.54億輛，同時汽車工業(yè)的快速發(fā)展也給汽車后市場帶來了巨大商機，2014年汽車后市場規(guī)模已超7 000億元，5年內(nèi)將超過1萬億元。

“互聯(lián)網(wǎng)+”汽車對于智慧交通的建設(shè)也有著重要意義，在有效利用現(xiàn)有交通設(shè)施的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)優(yōu)勢，能夠在降低交通負荷、減少環(huán)境污染、保證交通安全、提高運輸效率等方面發(fā)揮效用。因此，互聯(lián)網(wǎng)與汽車的結(jié)合對于汽車產(chǎn)業(yè)的升級、智能交通的開展以及汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都有重要意義。

2 互聯(lián)網(wǎng)汽車與智能汽車的定義及關(guān)系

智能汽車即在普通車輛的基礎(chǔ)上增加了先進的傳感器（雷達、攝像）、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換，使車輛具備智能環(huán)境感知能力，能夠自動分析車輛行駛的安全及危險狀態(tài)，并使車輛按照人的意愿到達目的地，最終實現(xiàn)替代人工操作的目的。

而互聯(lián)網(wǎng)汽車則是以傳統(tǒng)汽車機械制造為核心，充分集成互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的操作系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、通信、導航、云計算、娛樂等資源的汽車。在汽車硬件背后，有一個開放融合的互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，圍繞用戶的用車生活整合線上、線下資源，為用戶提供智慧出行服務的互聯(lián)網(wǎng)汽車生態(tài)圈。通過部件電子化、服務互聯(lián)化、駕駛自動化、汽車生活互聯(lián)網(wǎng)化等，實現(xiàn)傳統(tǒng)汽車與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合。

智能汽車主要是基于汽車本身的技術(shù)升級，而互聯(lián)網(wǎng)汽車則不單局限于汽車技術(shù)本身，而是將互聯(lián)網(wǎng)融合到整個汽車售前／售中／售后等產(chǎn)業(yè)鏈中，重塑汽車產(chǎn)業(yè)。因此，互聯(lián)網(wǎng)汽車與智能汽車相比，擁有更大的內(nèi)涵，而智能汽車則是互聯(lián)網(wǎng)汽車實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

3 國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

作為互聯(lián)網(wǎng)汽車實現(xiàn)的基礎(chǔ)，智能汽車的實現(xiàn)對于互聯(lián)網(wǎng)汽車的發(fā)展有著基礎(chǔ)性作用。對于智能汽車，美國高速公路安全管理局將智能汽車定義為以下5個層次：無智能化（層次0）、具有特殊功能的智能化（層次1）、具有多項功能的智能化（層次2）、具有限制條件的無人駕駛（層次3，如谷歌無人駕駛汽車）、全工況無人駕駛（層次 4，可稱為完全自動駕駛階段或無人駕駛階段）。

美國、歐洲、日本都制定了智能汽車發(fā)展計劃，并開展了多個項目。美國將智能汽車項目分為3個階段：車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及智能車輛開發(fā)階段；車內(nèi)網(wǎng)與V2V／V2I技術(shù)集成階段；車內(nèi)網(wǎng)、V2V／V2I、Telematics技術(shù)集成階段。美國已通過Safety pilot項目在2014年完成了9 000輛車的示范運行測試，而且2014年2月，NHTSA宣布將逐步在輕型車輛上推廣 DSRC（dedicated short range communication，專用短距通信）系統(tǒng)。歐洲則通過sim TD項目建立基于局域自組織網(wǎng)絡(luò)的車路協(xié)同式安全系統(tǒng)，并且于2014年，開始在“荷蘭—德國—奧地利”高速公路上進行示范運行。日本則通過Smart way項目，利用多種通信方式，集成ETC、VICS（vehicle information and communication system）、車載導航、Internet連接、駕駛輔助系統(tǒng)等，在 OBU（on board unit）上實現(xiàn)信息服務、網(wǎng)絡(luò)服務、收費服務等功能。

無人駕駛是智能汽車的最高階段，谷歌從2012年起開始展示其無人駕駛汽車，迄今為止已完成超過70萬英里的路測。繼谷歌之后，其他國際汽車企業(yè)也開始進行無人駕駛汽車的研發(fā)，奧迪繼谷歌之后第二個在美國內(nèi)華達州獲得無人駕駛測試牌照，沃爾沃在2014年推出無人駕駛量產(chǎn)車型，奔馳則計劃在2020年銷售無人駕駛汽車。

國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)龍頭（百度、阿里巴巴集團、騰訊公司）分別表示將進軍無人駕駛、互聯(lián)網(wǎng)汽車、智能電動車領(lǐng)域，并分別在硬件開發(fā)、平臺建設(shè)方面開展投資與研發(fā)。國內(nèi)的科技企業(yè)樂視、華為分別聯(lián)手主機廠商打造軟硬件合一的智能信息化平臺。

智能汽車與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的結(jié)合，將發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的優(yōu)勢，把互聯(lián)網(wǎng)元素融入汽車售前／售中／售后中，實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)化，從而實現(xiàn)真正意義上的互聯(lián)網(wǎng)汽車。2015年4月，阿里巴巴汽車事業(yè)部宣布了2015年戰(zhàn)略，將聯(lián)手整車、二手車、本地服務等汽車相關(guān)企業(yè)，打造“互聯(lián)網(wǎng)+”汽車產(chǎn)業(yè)，利用阿里大數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)的4S服務升級為16S服務，重新定義未來車生活。

4 互聯(lián)網(wǎng)汽車關(guān)鍵技術(shù)

4.1 ADAS技術(shù)

ADAS（advanced driving assistant system，先進駕駛輔助系統(tǒng)）是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，在第一時間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)，進行靜態(tài)、動態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤等技術(shù)處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時間內(nèi)察覺可能發(fā)生的危險，以引起注意和提高安全性的主動安全技術(shù)。

ADAS技術(shù)包括 LDW（lane departure warning，車道偏離警告）、VD （vehicle detection，車輛檢測）、FCW（forward collision warning， 前 向 碰 撞 警 告 ）、PED （pedestrian detection，行人檢測）、TSR（traffic sign recognition，交通標志檢測）、IHC （intelligent headlight control，遠光自動控制）、HMW （headway monitoringamp;warning，車距檢測及警告）、ACC（adoptive cruise control，自適應巡航控制）、PA（parking assistance，泊車輔助）、SVM（surround view monitor，全景影像系統(tǒng)）、AR NAVI（augmented reality navigation，增強現(xiàn)實導航）等。

這些技術(shù)的應用可以有效地輔助汽車駕駛?cè)藛T進行安全駕駛，降低事故發(fā)生幾率，但ADAS仍然處于智能汽車的層次2階段，若要實現(xiàn)層次3、4的無人駕駛階段，仍然需要進一步實現(xiàn)車與車之間的通信。

4.2 V2V通信技術(shù)

V2V通信技術(shù)的使用使得未來無人駕駛的普及成為可能，這將徹底改變用車方式。通過利用V2V通信技術(shù)實現(xiàn)車與車之間以及車與路邊設(shè)備間的互聯(lián)，車載設(shè)備可以獲得城市道路的交通情況和附近車輛的行駛情況，并根據(jù)所獲得的信息，系統(tǒng)推薦合理的行車路線，減少擁堵時間。另外，車車通信也可以讓駕駛員了解周圍車輛的駕駛情況，并避免追尾、撞車等交通事故的發(fā)生。

在實現(xiàn)車與車之間以及車與路邊設(shè)備間的互聯(lián)時有兩種技術(shù)方案：DSRC（IEEE 802.11p）技術(shù)與LTE-V技術(shù)。DSRC技術(shù)是現(xiàn)在主流的V2X技術(shù)，但其也有投資成本高、性能受密度影響大等缺點。從2014年開始，大唐電信、華為等廠商在3GPP提出了LTE-V，通過LTE D2D（device to device）方式實現(xiàn) V2V通信，同時通過傳統(tǒng) LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車載信息服務。DSRC技術(shù)與LTE-V技術(shù)優(yōu)缺點比較如下。

（1）DSRC

·受各國政府支持，技術(shù)經(jīng)過較長時間演進與試驗，相對成熟；

·需要大量部署支持IEEE 802.11p技術(shù)的RSU，部署時間較長，成本較高；

·支撐安全應用的系統(tǒng)容量受限 （美國提供10 MHz帶寬，歐洲提供30 MHz帶寬）；

·IEEE 802.11p采用CSMA／CA資源競爭方案，存在擁塞問題和隱藏終端問題；

·安全和維護技術(shù)復雜；

·對未來ITS業(yè)務需求的支持，缺少清晰的技術(shù)演進路線。（2）LTE-V

·標準尚在制定過程中，技術(shù)相對而言成熟度較低；

·部署相對容易，可以利用現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)，不需要部署新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；

·頻譜帶寬分配靈活，可根據(jù)實際情況增減；

·傳輸更可靠，集中式資源分配協(xié)調(diào)技術(shù)，降低競爭沖突分組丟失；

·3GPP持續(xù)演進，可支持未來ITS業(yè)務需求。

以上兩種方案各有優(yōu)缺點，因此未來采用哪種方案還需要通過進一步應用實踐進行驗證。

4.3 手機與車機互動技術(shù)

隨著智能手機的不斷普及，手機的很多應用，如導航地圖應用、在線音樂應用等，已越來越多地被用戶使用。智能手機在服務提供上相對嵌入式車機具有應用數(shù)量巨大、更新迅速的優(yōu)勢，但也存在著影響駕駛安全的問題。因此為了融合手機與車機的優(yōu)勢，手機與車機的互動方式應運而生。

業(yè)界主要存在兩種手機與車機互動模式：API交互模式和屏幕投射模式。API交互模式的原理是通過標準的API協(xié)議將車內(nèi)信息網(wǎng)關(guān)和汽車的部分能力進行開放，從而實現(xiàn)手機與車機的互動。屏幕投射技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶直接操作手機所導致的屏幕變化同步映射到車機屏幕上，用戶可以在車機屏幕上對手機應用進行觸屏操作，這些操作信號能被手機接收為當前手機應用的輸入。目前實現(xiàn)模式主要包括鏡像鏈接（mirror link）、Wi-Fi display及基于MHL／HDMI+藍牙的互聯(lián)模式。鏡像鏈接通過藍牙／USB／Wi-Fi承載方式以及Wi-Fi display通過Wi-Fi直聯(lián)方式，都可以將手機屏幕投射到車載終端的屏幕，然后通過車載終端對手機應用進行控制?；贛HL／HDMI+藍牙的互聯(lián)模式則通過MHL／HDMI進行數(shù)據(jù)流傳輸以及通過藍牙技術(shù)進行控制信令傳輸。鏡像鏈接、Wi-Fi display技術(shù)的基本模式一致，只是實現(xiàn)的協(xié)議棧不同。Wi-Fi display原本定位于手機與電視屏幕等高畫質(zhì)顯示屏之間的互動，因而更注重視頻壓縮、傳輸時延，這方面優(yōu)于鏡像鏈接，但Wi-Fi display的手機耗電較大。而基于MHL／HDMI+藍牙的互聯(lián)模式，其音視頻傳輸性能在各種傳輸方案中更優(yōu)，可支持未經(jīng)壓縮的高達1080P的高清視頻和數(shù)字音頻且有很大余量，MHL同時具有超低的工作電流和待機功耗。

車機與手機通過屏幕投影模式建立互動連接后，車機可以隨意使用手機上的任何應用。而且兩者的UI界面完全一致。API交互模式下，車機只能使用手機來使用這些API開發(fā)的應用，兩者的顯示并不完全一致。相對而言，屏幕投射技術(shù)能夠帶來更開放的用戶體驗。

4.4 事故緊急救援呼叫

車輛事故緊急救援呼叫基于汽車傳感、移動通信、衛(wèi)星定位技術(shù)，在事故發(fā)生后的第一時間與公共救援中心取得聯(lián)系，并自動將車輛位置及車輛信息發(fā)送至救援中心，救援中心確認事故后對事故人員進行救援。

汽車發(fā)生事故時，車輛需要發(fā)起車輛事故緊急救援呼叫至緊急公共服務點請求救援。汽車需要支持通過安裝在車輛上的多個傳感器感知碰撞事故的發(fā)生，并以此自動觸發(fā)車輛事故緊急救援呼叫。汽車應獲取車輛事故數(shù)據(jù)并向緊急公共服務點進行發(fā)送。為了幫助救援人員更快地進行救援，需要獲取并上傳的數(shù)據(jù)包括車輛經(jīng)緯度位置數(shù)據(jù)、車輛類型、駕駛方向、事故發(fā)生時間、車輛識別碼（VIN）等信息。

在救援請求數(shù)據(jù)的發(fā)送上，應選擇可靠的通信技術(shù)方案，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)下，可供選擇的通信傳輸技術(shù)包括：短消息技術(shù)、移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務技術(shù)、DTMF（dual-tone multifrequency，雙音多頻）技術(shù)、帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)技術(shù)。根據(jù)車輛事故緊急救援呼叫的特點，在通信傳輸技術(shù)分析中著重考慮包括數(shù)據(jù)傳輸時延、可靠性、技術(shù)實現(xiàn)難度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋度以及是否可以與事故救援語音呼叫一同路由5個維度。

表1總結(jié)了短消息技術(shù)、移動分組數(shù)據(jù)域業(yè)務技術(shù)、DTMF技術(shù)和帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)技術(shù)這4種通信方式優(yōu)缺點。

從現(xiàn)在國際上的車輛事故公共緊急救援呼叫技術(shù)選擇來看，歐盟eCall與俄羅斯選擇了帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)技術(shù)，通過3GPP與IETF進行了技術(shù)規(guī)范，并組織產(chǎn)業(yè)鏈廠商進行技術(shù)驗證與產(chǎn)品開發(fā)。而日本HEM-NET則采用3G移動分組數(shù)據(jù)技術(shù)。分析其原因主要是歐盟與俄羅斯地域廣大，語音相對移動數(shù)據(jù)來說覆蓋率較高，并且公共服務點分散，采用基于語音通道的帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)技術(shù)較佳。而日本地域狹小，3G分組數(shù)據(jù)業(yè)務覆蓋較高，并且HEM-NET采用集中調(diào)度方式，平臺統(tǒng)一，從而采用3G分組數(shù)據(jù)技術(shù)較佳。

由于我國的情況與歐盟及俄羅斯類似，因此采用基于語音通道的帶內(nèi)調(diào)制解調(diào)技術(shù)較為合適。隨著LTE技術(shù)發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，VoLTE已成為未來的發(fā)展趨勢，基于VoLTE的車輛事故緊急救援呼叫技術(shù)也需要進行進一步的關(guān)注與研究。

4.5 語音識別技術(shù)

在車輛駕駛環(huán)境下，人機交互的有效性和簡潔性對于駕駛的安全性有著非常重要的意義。在車內(nèi)環(huán)境下，語音交互相對于按鍵交互等傳統(tǒng)的車內(nèi)交互手段有著非常明顯的優(yōu)勢，可以解放駕駛?cè)藛T的雙手，減少駕駛分神的情況，從而提高駕駛安全性，降低事故的發(fā)生。但現(xiàn)有車內(nèi)語音識別的準確率不高，主要存在以下挑戰(zhàn)。

·車內(nèi)環(huán)境復雜，有各種噪音、回聲的干擾，會對語音識別的準確率造成不良的影響。因此，為了提高車內(nèi)復雜環(huán)境下語音識別的準確率，需要在采樣時，大量收集實際場景下的語料，完善語音識別模型，不斷優(yōu)化體驗效果。

·各種方言及口音，同樣也會極大地降低語音識別準確率。因此，車內(nèi)語音識別開始從本地識別向在線識別轉(zhuǎn)變，通過云端的語音識別引擎收集大量具有方言特質(zhì)的語音語料，從而進行實測模型訓練與識別匹配，可以大大提高不同方言口音的識別率。

·語音識別是一門交叉學科，涉及從語言學到通信理論等方方面面的內(nèi)容，涉及聲紋、TTS、ASR等技術(shù)，同時也需要針對車內(nèi)環(huán)境做特殊處理。此外，也需要軟件、硬件的共同配合協(xié)同，技術(shù)門檻較高。因此，車載語音識別技術(shù)還需要進一步的優(yōu)化完善，提高識別的準確性，才能滿足未來互聯(lián)網(wǎng)汽車的業(yè)務需求。

4.6 互聯(lián)網(wǎng)汽車信息安全

隨著汽車智能化水平的不斷提高以及互聯(lián)網(wǎng)汽車數(shù)量的增多，互聯(lián)網(wǎng)汽車的信息安全問題越來越明顯。Charlie Miller在2015年黑帽子大會上公布了攻擊Jeep的方法，通過移動通信網(wǎng)絡(luò)成功遠程控制了一輛Jeep自由光。此外，隨著V2V及V2X技術(shù)在未來的普及，隨之而來的網(wǎng)絡(luò)安全問題也不斷得到顯現(xiàn)?；ヂ?lián)網(wǎng)汽車安全威脅主要牽涉以下方面。

（1）外部通信安全威脅

隨著車輛與外部通信的增多，外部通信（包括蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、藍牙、V2V／V2X、DSRC 等）面臨多種安全威脅，這些威脅分別會破壞汽車與外部所傳輸數(shù)據(jù)和控制信號的保密性、完整性和可用性。

（2）車內(nèi)信息系統(tǒng)的安全威脅

表1 4種通信方式的優(yōu)缺點

車載信息系統(tǒng)已逐漸普及，針對車載信息系統(tǒng)的安全威脅也不斷增多，包括針對操作系統(tǒng)及應用的威脅。這些威脅包括證書校驗、安全更新、用戶隱私數(shù)據(jù)、訪問權(quán)限等方面。

（3）車內(nèi)電子電氣系統(tǒng)的安全威脅

由于車輛內(nèi)部電子電氣系統(tǒng)在設(shè)計初期是相對封閉的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計初期對于安全性的考慮較少，所以攻擊者一旦通過外部網(wǎng)絡(luò)占領(lǐng)車載智能終端，則很可能對內(nèi)部電子電氣系統(tǒng)全面控制。

（4）針對云端的安全威脅

對車載云端服務來說，由于提供的服務將與車輛行駛安全相關(guān)，黑客的攻擊手段也會有一定差異。主要包括通過云端的非法汽車控制、黑客掛馬威脅、汽車固件更新管理的非法使用以及未經(jīng)授權(quán)的終端對云端的攻擊等。

因此，為了保證互聯(lián)網(wǎng)汽車的安全性，應通過多種安全措施，在云端、通信網(wǎng)絡(luò)、車內(nèi)信息系統(tǒng)及車內(nèi)電子電氣系統(tǒng)等方面提供全面的安全保證。安全措施包括：車載智能系統(tǒng)防篡改與完整性校驗、外部設(shè)備接入的認證和權(quán)限審核、遠程更新的認證及加密、用戶隱私數(shù)據(jù)的權(quán)限控制與加密、通信數(shù)據(jù)的加密與證書管理等。

5 結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)汽車已成為未來智能交通的重要組成部分與發(fā)展趨勢，通過互聯(lián)網(wǎng)汽車不僅可以提高出行效率、降低擁堵、減少事故，而且可以打造開放融合的汽車上下游產(chǎn)業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)汽車與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，從而徹底改變未來交通的模式與生態(tài)環(huán)境。

［1］3GPP.eCall data transfer；in-band modem solution；general description：TS 26.267 ［S］.2012.

［2］ ETSI.eCall high level application requirements：BS EN 16062［S］.2011.

［3］ ETSI.Pan-EuropeaneCalloperatingrequirements：BSEN16072［S］.2011.

［4］李潔.基于車聯(lián)網(wǎng)的事故公共緊急救援呼叫現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.電信科學，2014，30（11）：56-60.LI J.Situation description and critical technology analysis of public emergency call service based on internet of vehicle ［J］.Telecommunications Science，2014，30（11）：56-60.

［5］熊靜，陳荊花，趙猛.手機車機互動的應用模式及關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.電信科學，2012，28（6）：7-11.XIONG J，CHEN J H，ZHAO M.Analysis of application mode and technology of interaction between vehicle terminal and mobile phone ［J］.Telecommunications Science，2012，28（6）：7-11.

Introduction and critical technology analysis of internet of vehicle

LI Jie
Shanghai Research Institute of China Telecom Co.，Ltd.，Shanghai 200122，China

The definition and difference between internet of vehicle and smart car were described.And the development situation of internet of vehicle all over the world was described.The problems and critical technology in the development of internet of vehicle were analyzed.At last，the prospects of internet of vehicle was given under nowadays situation in China.

internet of vehicle，smart car，autonomous vehicle，information security，vehicle to vehicle，advanced driving assistant system

U495

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016228

2016-07-10；

2016-08-15

李潔（1980-），男，中國電信股份有限公司上海研究院物聯(lián)網(wǎng)部工程師，主要從事車聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)研究工作。